核心素養視域下的探究實驗教學研究

黃萍?鐘進清

【摘要】高中生物學實驗有助于學生理解和鞏固生物學概念，促進學科核心素養的提升。本文分析了目前生物實驗教學的現狀，闡述了在核心素養背景下，以探究為核心的生物實驗教學的意義；并以探究“影響酶活性的條件”實驗為教學案例，展示教師引導、學生自主探究的實驗教學過程。

【關鍵詞】核心素養；探究實驗；酶活性

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出：“加強和完善生物學實驗教學是促進學生達成生物學學科核心素養的重要支撐。”在生物學科中，高質量的實驗教學可以有效地促進學生生物學科核心素養的提高。然而，理想和現實之間存在著一定的差距。

一、探究實驗教學現狀

1.教師方面。生物學課程標準和生物教材中所呈現的實驗，與學生應掌握的科學方法和操作技能、重要生物學概念的建構等密切相關。這些實驗可以說是教學的重點和難點，基本上是學生需熟練掌握的實驗。但由于課時緊、實驗操作難度較大或缺乏實驗條件等因素，高中生物實驗課開課率低。在生物實驗教學中，教師較多地口頭講述實驗過程以及實驗原理，學生僅作為被動的“接收者”，動手實驗的機會少，生物實驗課的價值沒有得到體現。

隨著多媒體技術的普及，有的教師傾向于采用多媒體演示生物學實驗，演示實驗能吸引學生的注意力，但不利于學生實驗探究能力和操作能力的培養。在組織學生進行實驗過程中，大多數教師比較在意的是學生的操作步驟是否規范，實驗結果是否正確，忽視了對學生實驗相關能力的培養。

2.學生方面。教師遵循教材中的材料、步驟和方法開展實驗教學，學生按照實驗步驟進行就能得出結果。在生物實驗操作中，大多是以教師為主體，有時候甚至是教師手把手地完成，學生成了“旁觀者”，沒有充分參與到實驗的各個環節中。這樣的教學模式不僅阻礙了學生實踐能力的培養和發展，學生對實驗操作中的科學原理也是一知半解。

實驗教學模式的單一化，難以激發學生對生物學實驗的興趣。教師更多地關注書面成績，對實驗操作技能和實驗相關能力的培養不夠重視，也沒有意識到其重要性。不少學生認為生物實驗的學習是靠“背”和“記”，即使花費了大量時間和精力去做實驗，對學習效果也沒有多大影響。在這種誤解下，學生參與實驗的積極性低，實驗能力也得不到提高。

二、核心素養背景下的探究實驗教學要求

科學探究是生物學學科核心素養的重要組成部分，要求學生能針對特定的生物學現象進行觀察、提問，并進行實驗設計和操作，具備對實驗結果進行交流和討論的能力。在生物探究實驗教學中側重科學探究過程，可以讓學生掌握科學探究的基本思路和方法，提高學科核心素養和實驗能力，對于教師和學生都具有重要意義。

1.教師要成為“引導者”和“開發者”。新課程改革要求打破課堂教學中教師“一言堂”的局面，在實驗教學中采取探究式教學模式，可以有效地順應新課程改革。對于生物教材中的重要實驗，教師應盡量創造實驗條件，設置合理的實驗探究情境，激發學生的興趣，引導學生積極參與探究，提高動手、動腦的能力。教師通過對教材實驗的深入研究，還可開發適合本校學生實際的實驗課程資源，在提高生物實驗課堂教學質量的同時，提升教師自身專業素養。

對于生物教材中難以開展的實驗，教師應根據學校的實際情況和本校學生的特點，對教材中的實驗進行開發、改進和優化。可從以下兩方面著手：一是根據教材實驗內容增加相應的素材和思考、討論等環節，引導學生去主動探究、積極參與；二是在遵循教材實驗目的和實驗原理的情況下，對教材中的實驗材料、方法等進行改進（示例見表1），在學校條件有限的情況下增加實驗開出率。

2.學生由“接收者”轉變為“行動者”。好奇是人類的天性，中學生對于未知的事物和問題常常具有強烈的好奇心和求知欲。生物實驗探究活動本質就是提出問題并解決問題。學生在發現問題的過程中思考與探討，然后以動手實驗、觀察為手段，形成對問題的解釋，最后得出探究結論。整個過程契合中學生的特點和認知規律，可以提高學生的積極性和成就感，與學生僅作為“接收者”的教學模式相比，優越性是非常明顯的。

表1 生物教材實驗材料改進示例

例如在開設“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，有的學生不理解在研磨綠葉時為什么不能加水提取色素，而是加無水乙醇？為了解答學生的疑惑，并引出本實驗色素提取的科學原理，筆者用多媒體創設了一個常見的生活情境：在綠色的草地上，兩個小男孩在草地上嬉戲，他們的白褲子上粘了綠色的草汁。然后設疑：白褲子上粘了綠色草汁，用清水能洗掉嗎？大多數學生都有這樣的生活體驗，衣服上沾染了綠葉色素，用水很難洗掉。那怎么辦呢？學生的答案五花八門。哪些答案是正確的呢？筆者引導學生思考：草汁中綠色的主要成分是什么？學生通過課本內容，了解到是葉綠素等色素，這些色素不溶于水，所以用水很難洗掉。有沒有別的方法呢？學生繼續探究，這些色素不溶于水，但易溶于酒精等有機溶劑，因此可以用酒精等有機溶劑洗掉白褲子上沾染的色素。筆者進一步引導：本實驗就利用了色素的這種特性，在研磨時加入無水乙醇，用無水乙醇來提取綠葉中的色素。將實驗探究與日常生活相聯系，并層層深入，激發學生的探究欲望。

三、探究實驗教學模式

實驗探究的目的不是為了獲得統一的結論，而是讓學生感受科學探究的過程，在探究過程中培養學科核心素養，提高實驗能力。

1.實驗探究原則。教師在學生實驗探究的過程中，要做好“引導者”，學生探究的方向、探究主題與教材實驗內容直接相關，不能為了“探究”而探究，避免額外占用太多教學時間。

在生物實驗課開展之前，教師可以讓學生根據實驗內容，以小組為單位，去準備實驗課需要用到的材料。這樣能充分調動學生的積極性，還能增加學生交流和分享的能力。在進行生物實驗課的時候，可以根據小組的人數合理地安排實驗任務，保證每個學生都能參與到實驗當中去，而教師則需做好引導和指導。要讓學生在實驗中充分發揮他們教學主體地位，這樣才能夠真正鍛煉學生的實踐操作能力。

2.探究實驗教學案例。下面以探究“影響酶活性的條件”實驗教學為例，闡述教師引導、學生自主探究的實驗教學模式。

（1）實驗分析。“影響酶活性的條件”是人教版高中生物必修1“分子與細胞”中的實驗。酶在細胞代謝中具有重要作用，通過這個探究實驗，學生可以加深對酶特性的認識，并認識自變量、無關變量、因變量等相關概念，初步掌握生物對照實驗設置的方法。

（2）探究過程。本實驗探究的過程為：提出問題→作出假設→設計實驗→進行實驗→分析結果→表達交流。

①創設情境，提出問題。教師利用多媒體課件展示：

情境1：加酶洗衣粉去血漬、奶漬的效果強，其使用注意事項為：用溫水效果最佳，不能使用60℃以上的熱水。

設疑：如果我們洗衣服時使用了60℃以上的熱水或溫度低的冷水，加酶洗衣粉效果會如何？

情境2：人體消化道不同部位消化液pH不同，如唾液pH為6.2～7.4，胃液pH為0.9～1.5，唾液淀粉酶會隨食物流入胃。

設疑：唾液淀粉酶流入胃，還能繼續起作用嗎？

學生閱讀課件內容，分組討論“我想要探究的問題是什么”“我對問題作出的假設是什么”。小組內交流，確定要探究的問題。

設計意圖：從學生熟悉的生活場景出發，引導學生思考影響酶活性的條件。情境中提供的素材接近學生的認知，易于激發學生的好奇心和進行探究的興趣。

②選擇材料，設計實驗。教師展示實驗材料和實驗器具，并引導學生：對于本組要探究的問題，你認為實驗的自變量是什么？實驗分為幾步操作？實驗組和對照組應如何設置？

各小組根據所列問題，討論實驗方案，并寫出簡要的實驗流程。安排兩到三個組的小組長展示各自的實驗方案，介紹本組的實驗設計。其他小組傾聽，并對展示的方案進行評價。

教師在學生介紹實驗方案時，應及時進行鼓勵和糾正：實驗組和對照組的設置是否合理；自變量的確定是否正確；無關變量的控制是否合適等。

設計意圖：問題形式有助于學生理清實驗設計思路，以小組為單位進行實驗設計，可以提高學生的交流能力和合作探究能力。交流各組的實驗設計方案，通過小組間互評，教師點撥糾正，有利于修正和完善實驗設計中不合理的部分，確保學生的實驗方案科學、合理，具有可操作性。

③進行實驗。教師利用大屏幕對實驗操作和記錄提出要求：小組內的成員要明確分工，記錄觀察到的實驗現象。各小組進行實驗，組長協調分工，進行實驗操作，并做好實驗現象記錄。教師巡視，指導學生規范操作。在實驗中遇到問題，小組討論解決或咨詢老師，并進行重復實驗進一步驗證。

設計意圖：讓學生在動腦思考和動手實驗的過程中解決問題，提高成就感。同時鍛煉學生的動手能力，增強規范操作意識，提高團隊分工合作能力。

④分析結果，交流總結。小組派代表在班級交流實驗現象，教師引導學生分析、總結實驗結果，得出實驗結論。學生交流探究，嘗試對實驗中出現的現象作出解釋；并就實驗中出現的疑惑，思考如何開展進一步探究。

設計意圖：通過交流和思考，引導學生在本次實驗的基礎上，提出新的探索問題，進行更深入的思考探究。這樣有助于培養學生對實驗的嚴謹性和孜孜不倦的探索精神。

可見，基于探究的實驗教學，可以挖掘課本實驗的內涵；實現生物學實驗的價值；提升實驗教學的質量，充分體現“自主、探究、合作”的新課程理念。讓學生自主探索，主動求知，學會分析問題和解決問題，這個過程的實質就是在培養學生的學科核心素養。設置以探究為核心的實驗教學，也有利于教師專業素養的提升。

（基金項目：本文系海南省三亞市2022年小課題“高中生物學探究實驗教學模式實踐研究”的研究成果，課題編號：A402-2022005）